폴리술폰 중공사막을 이용한 바이오가스 고순도화 고효율 저온 분리 공정 (Highly Efficient Biogas Upgrading Process Using Polysulfone Hollow Fiber Membrane at Low Temperature)

서지정보

· 발행기관 : 한국막학회
· 수록지 정보 : 멤브레인 / 32권 / 2호 / 140 ~ 149페이지
· 저자명 : 하성용, 김세종, 한상훈, 임진혁, 이충섭, 장원석, 김길정

초록

본 연구에서는 폴리술폰 분리막을 이용한 바이오가스 정제 공정으로 고선택성 소재를 이용한 2단 공정의 높은 회 수율 및 경제성과 동등한 수준의 회수율을 확보하기 위해 저온 고압의 분리막 공정을 설계하고 평가하였다. 폴리술폰 고분자 를 4성분계 도프를 이용하여 비용매 유도 상전이법으로 중공사 분리막을 제조하였다. 기체 분리용 중공사 분리막은 1.6 m2의 유효 막면적을 갖는 샘플을 제조하여 상온 및 저온에서 기체 투과 특성을 평가하였다. 제조된 기체분리막 모듈의 온도에 따 른 기체 투과 특성을 분석하기 위하여 온도별 단일 기체 투과도를 평가한 결과 이산화탄소와 메탄 투과도는 20°C에서 각각 412, 12.7 GPU이며, -20°C에서는 각각 280, 3.6 GPU로써 이상 선택도는 32.4에서 77.8로 향상되었다. 단일 기체 투과 테스 트 후 혼합 기체에 대한 분리 테스트를 진행하였으며, 모듈 1단 구성 및 2단 구성(막 면적비 1:1, 1:2, 1:3)을 통하여 투과 거 동을 살펴보았다. 1단 구성에서는 stage-cut이 상승함에 따라 메탄의 농도가 상승하지만, 반대로 회수율은 떨어지는 결과를 나 타내었다. 2단 구성 테스트에서는 메탄 농도 97% 기준에서 막 면적비 1:1보다 1:3이 메탄의 회수율이 더 높게 측정되었으며, 공급 기체의 온도가 낮을수록 메탄의 회수율이 높아짐을 확인하였고, 최종적으로 폴리술폰 2단 공정에서 메탄 농도 97%, 회 수율 97%의 결과를 달성하였다.

영어초록

In this study, the conditions of low temperature and high pressure of biogas upgrading process using poly- sulfone membrane have been designed and tested to achieve the high recovery and efficiency corresponding to those of the highly selective polymeric materials. Polysulfone hollow fiber membrane with 4-component dope solution was spun via non-solvent induced phase separation. The hollow fiber membrane was mounted into a 1.5 inch housing. The effective area was 1.6 m2, and its performance was examined in various operation temperatures and pressures. CO2 and CH4 permeances were 412 and 12.7 GPU at 20°C, and 280 and 3.6 GPU at -20°C, respectively, while the CO2/CH4 selectivity increased from 32.4 to 77.8. Single gas test was followed by the mixed gas experiments using single-stage and double stage where the membrane area ratio varied from 1:1 to 1:3. At the single-stage, CH4 purity increased and the recovery decreased as the stage-cut increased. At the double stage, the area ratio of 1:3 showed the higher CH4 recovery as decreasing the operation temperature at the same purity of CH4 97%. Finally, polysulfone hollow fiber membranes have yielded of both CH4 purity and recovery of 97% at -20°C and 16 barg.

참고자료

· 없음